北化工张志国团队AM:氟化苝二亚胺阴极界面层材料促进有机太阳能电池载流子收集

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前言回顾

作为清洁型和可持续的下一代能源，有机太阳能电池（OSCs）重量轻、灵活性高，制造成本低，并且与快速卷对卷制造兼容，因而引起了研究人员的广泛关注。作为OSCs中的关键部分，活性层和阴极金属之间的阴极中间层（CIL）对提高OSCs的光电转换效率（PCE）和稳定性起着重要作用。目前，广泛使用的CIL材料有聚芴衍生物系列（PFN和PFN-Br）、含脂肪胺聚合物（PEI和PEIE）、功能性富勒烯、萘二亚胺（NDI）、苝二亚胺（PDI）等。其中，基于PDI的小分子CIL材料因其低成本和高性能脱颖而出。尽管CIL材料取得了显著进展，但设计一种适用于所有OSCs活性层的CIL材料仍然具有挑战性，这主要归因于不同活性层的表面能、电学性能等有很大的不同。

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文献简介

PDINN是一种PDI衍生物，由北京化工大学张志国教授团队、中科院化学研究所李永舫院士团队于2020年首次报道，其具有功函数（WF）可调、高电导率以及与活性层良好的界面相互作用的优点，作为CIL材料时可以获得优异的器件性能。基于此，近日，张志国教授团队提出对PDINN核的间隔位置进行氟化处理，用以优化LUMO能级，从而在阴极界面实现更好的能级匹配。研究人员设计了一种新的氟化方案，合成了两种PDINN氟化衍生物：PDINN-F和PDINN-2F。它们是在温和的反应条件下，在15分钟内将芳基硝基直接转化为其含氟对应物，具有较低的LUMO能级，并且同时保留了PDINN的优点，例如改性阴极WF的能力优异，以及在甲醇中的良好溶解性。

研究结果显示，PDINN-F的LUMO能级（-4.08 eV）低于BTP-eC9的LUMO能级(-4.05 eV），导致无势垒电子提取。当采用改性的PDINN-F/Ag作为阴极，以PM6:BTP-eC9为活性层时，OSCs器件中实现了18%以上的高PCE，这主要得益于器件中抑制的电荷复合和增强的电子收集。此外，基于PDINN-F的器件也实现了高稳定性，这代表着未来应用的重要进展。

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文献总结

综上，该工作利用氟脱硝反应制备了两种高性能小分子CIL材料，可以提高器件效率和稳定性，促进了OSCs的应用前景。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上，题为“Fluorinated Perylene-diimides: Cathode Interlayers Facilitating Carrier Collection for High-Performance Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，界面层材料，功函数，高性能。

转自：“有机光电前沿”微信公众号

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